Сплав на основе никеля - самый распространенный суперсплав, обладающий наибольшей высокотемпературной прочностью.
Основными причинами этого являются:
- В сплаве на основе никеля можно растворить большее количество легирующих элементов и сохранить стабильность структуры.
- В качестве упрочняющей фазы может быть образовано когерентное упорядоченное интерметаллическое соединение A3B γ'[Ni3(Al, Ti)], что позволяет эффективно упрочнять сплав, а его высокотемпературная прочность выше, чем у суперсплавов на основе железа и кобальта.
- 3. Хромсодержащий сплав на основе никеля обладает лучшей стойкостью к окислению и газовой коррозии, чем суперсплав на основе железа.
Сплавы на основе никеля содержат более десяти элементов, из которых Cr играет в основном антиокислительную и антикоррозионную роль, а другие элементы - в основном упрочняющую.
По способу упрочняющего действия их можно разделить на: упрочняющие элементы в твердом растворе, такие как вольфрам, молибден, кобальт, хром и ванадий;
Элементы, упрочняющие осадки, такие как алюминий, титан, ниобий и тантал; элементы, упрочняющие границы зерен, такие как бор, цирконий, магний и редкоземельные элементы.
В зависимости от метода упрочнения суперсплавы на основе никеля бывают сплавы, упрочненные твердым раствором, и сплавы, упрочненные осадком.
" Упрочненный твердым раствором сплав
Он обладает определенной высокотемпературной прочностью, хорошей стойкостью к окислению, термической коррозии, морозостойкостью, термоусталостными характеристиками, хорошей пластичностью и свариваемостью и может быть использован для изготовления деталей с высокой рабочей температурой и небольшими напряжениями, например, камеры сгорания газовых турбин.
" Упрочненный осаждением сплав
В общем случае в нем объединены три метода упрочнения - упрочнение твердым раствором, упрочнение осадком и упрочнение по границам зерен, поэтому он обладает хорошей прочностью при высокотемпературной ползучести, усталостной прочностью, стойкостью к окислению и термической коррозии и может использоваться для изготовления деталей, испытывающих большие нагрузки при высокой температуре, таких как лопатки и диски турбин газовых турбин.
Сплав на основе никеля обладает высокой прочностью и стойкостью к окислению при температуре 650-1000℃. По основным свойствам он подразделяется на жаропрочный сплав на основе никеля, коррозионностойкий сплав на основе никеля, износостойкий сплав на основе никеля, прецизионный сплав на основе никеля и сплав с памятью формы на основе никеля.
" Коррозионностойкий сплав на основе никеля
Основными легирующими элементами являются медь, хром и молибден. Он обладает хорошими комплексными свойствами и может противостоять различным видам кислотной коррозии и коррозии под напряжением. Наиболее раннее применение - сплав никель-медь (Ni-Cu), также известный как сплав Монель (сплав Монель Ni 70 Cu30); кроме того, существуют сплав никель-хром (Ni-Cr), сплав никель-молибден (Ni-Mo) (в основном относится к сплаву никель-молибден). Хастеллой B серия), сплав никель-хром-молибден (Ni-Cr-Mo) (в основном относится к серии Hastelloy C) и т.д. В то же время чистый никель также является типичным представителем коррозионно-стойких сплавов на основе никеля. Эти коррозионно-стойкие сплавы на основе никеля в основном используются для изготовления деталей для различных коррозионно-стойких сред, таких как нефтяная, химическая промышленность, электроэнергетика.
Коррозионностойкие сплавы на основе никеля в основном имеют аустенитную структуру. В состоянии твердого раствора и при обработке старением на аустенитной матрице и границах зерен сплава появляются интерметаллидные фазы и нитриды углерода металлов, а различные коррозионно-стойкие сплавы классифицируются по составу и их характеристики следующие:
Сплав Ni-Cu обладает лучшей коррозионной стойкостью, чем никель в восстановительных средах, и лучшей коррозионной стойкостью, чем медь в окислительных средах, и является наилучшим материалом для противостояния высокотемпературным фторсодержащим газам, фтористому водороду и плавиковой кислоте в отсутствие кислорода и окислителей.
Сплав Ni-Cr - это также жаропрочный сплав на основе никеля; применяется в основном в условиях окислительной среды. Он устойчив к высокотемпературному окислению и коррозии в газах, содержащих серу и ванадий, причем его коррозионная стойкость повышается с увеличением содержания хрома. Этот вид сплава также обладает хорошей стойкостью к гидроксидной (например, NaOH, KOH) коррозии и коррозионной стойкостью под напряжением.
Никель-молибденовый сплав применяется в основном в условиях коррозии под действием восстановительных сред. Это один из лучших сплавов, противостоящих солянокислотной коррозии, однако в присутствии аэробных и окислительных агентов коррозионная стойкость значительно снижается.
Сплав Ni-cr-mo (W) обладает свойствами вышеуказанных сплавов Ni-Cr и Ni-Mo. В основном он используется в условиях окислительно-восстановительной смешанной среды. Этот вид сплава обладает хорошей коррозионной стойкостью в высокотемпературном газообразном фтористом водороде, в растворе соляной и плавиковой кислот, содержащих кислород и окислитель, а также во влажном хлорном газе при комнатной температуре.
Сплав Ni-Cr-Mo-Cu способен противостоять коррозии как в азотной, так и в серной кислотах, а также обладает хорошей коррозионной стойкостью в некоторых окислительно-восстановительных смешанных кислотах.
Область применения
Суперсплавы на основе никеля используются во многих областях, таких как:
1. Океан: Морские сооружения в морской среде, опреснение морской воды, марикультура, теплообмен морской воды и др.
2, охрана окружающей среды: оборудование для сероочистки дымовых газов на тепловых электростанциях, очистка сточных вод.
3. Энергетика: атомная энергетика, комплексная утилизация угля, приливная энергетика и т.д.
4. Нефтехимическая отрасль: нефтепереработка, химическое оборудование и т.д.
5. Пищевая промышленность: производство соли, приготовление соевого соуса и т.д.
" Износостойкий сплав на основе никеля
Основными легирующими элементами являются хром, молибден, вольфрам, а также небольшое количество ниобия, тантала и индия. Помимо износостойкости, она обладает хорошей стойкостью к окислению, коррозии, сварке. Он может использоваться в качестве материала покрытия, который может быть нанесен на поверхность других базовых материалов методом наплавки сварки и напыления.
К порошкам на никелевой основе относятся порошки самофлюсующихся сплавов и порошки несамофлюсующихся сплавов.
Под несамовоспламеняющимся порошком на основе никеля понимается порошок сплава на основе никеля, не содержащий B, Si или с низким содержанием B, Si. Этот вид порошка широко используется для нанесения покрытий плазменно-дуговым напылением, пламенным напылением и плазменным упрочнением поверхности. К нему относятся: порошок сплава Ni-Cr, порошок сплава Ni-Cr-Mo, порошок сплава Ni-Cr-Fe, порошок сплава Ni-Cu, порошок сплавов Ni-P и Ni-Cr-P, порошок сплава Ni-Cr-Mo-Fe, порошок износостойкого сплава Ni-Cr-Mo-Si, порошок сплава Ni-Cr-Fe-Al, порошок сплава N i-Cr-Fe-Al-B-Si, порошок сплава Ni-Cr-Si, порошок износостойкого сплава на основе Ni-Cr-W и др.
Порошок самоплавкого сплава на никелевой основе был образован путем добавления в порошок никелевого сплава соответствующего количества B и Si. Так называемый порошок самоплавкого сплава известен также как низкоэвтектический сплав, сплав с твердой поверхностью, который представляет собой серию порошковых материалов, образующихся при добавлении низкоплавких эвтектических легирующих элементов (в основном бора и кремния) к сплавам на основе никеля, кобальта и железа. Обычно используются порошки самофлюсующихся сплавов на основе никеля: порошок сплава Ni-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu, порошок самофлюсующегося сплава на основе никеля с высоким содержанием молибдена, порошок самофлюсующегося сплава на основе никеля с высоким содержанием молибдена с высоким содержанием хрома, порошок самофлюсующегося сплава на основе Ni-Cr-W-C, порошок самофлюсующегося сплава на основе золота с высоким содержанием меди, дисперсионный порошок самофлюсующегося сплава на основе карбида вольфрама и др.
Роль различных элементов в сплаве:
● Роль элементов бора и кремния: значительное снижение температуры плавления сплава, расширение температурной зоны твердо-жидкой фазы и образование низкоплавкой эвтектики; снижение раскисления и шлакообразования; упрочнение и укрепление покрытия; повышение производительности процесса эксплуатации
● Роль элемента меди: повышение коррозионной стойкости к неокисляющим кислотам
● Роль элемента хрома: упрочнение твердого раствора, пассивация; повышение коррозионной стойкости и стойкости к высокотемпературному окислению; избыток хрома легко образует твердую фазу карбида и борида хрома с углеродом и бором, повышая тем самым твердость и износостойкость сплава
Роль элемента молибдена: большой атомный радиус, искажение кристаллической решетки после раствора, значительное упрочнение матрицы сплава, повышение высокотемпературной прочности и красной твердости матрицы; возможность отсечения и уменьшения сетчатой ткани в покрытии; повышение стойкости к кавитации и эрозии.
" Прецизионный сплав на основе никеля
В их число входят магнитомягкий сплав на основе никеля, прецизионный сплав на основе никеля и электронагревательный сплав на основе никеля. Наиболее распространенным магнитомягким сплавом является никелевый пермаллой марки 80%, обладающий высокой максимальной и начальной проницаемостью, низкой коэрцитивной силой и являющийся важным материалом сердечника в электронной промышленности. Основными легирующими элементами прецизионного сплава сопротивления на основе никеля являются хром, алюминий и медь. Этот сплав обладает высоким удельным сопротивлением, низким температурным коэффициентом удельного сопротивления и хорошей коррозионной стойкостью и используется для изготовления резисторов. Электротермический сплав на основе никеля представляет собой хромоникелевый сплав 20%, обладающий хорошей стойкостью к окислению и коррозии, и может использоваться в течение длительного времени при температуре 1000~1100℃.
" Сплав памяти на основе никеля
Никелевый сплав, содержащий 50(ат)% титана. Температура восстановления составляет 70℃, эффект памяти формы хороший. Небольшое изменение пропорции никель-титановых компонентов может привести к изменению температуры восстановления в диапазоне 30~100℃. Широко используется в производстве конструкционных деталей с автоматическим открыванием, применяемых в космических аппаратах, самостимулирующихся крепежных элементов, используемых в аэрокосмической промышленности, двигателей искусственного сердца, применяемых в биомедицине, и т.д.
Ткани
Кроме аустенитной матрицы, в матрице диспергирована γ' фаза, на границе зерен присутствуют вторичные карбиды, а также первичные карбиды и бориды, выпадающие при затвердевании. С увеличением степени легирования изменения микроструктуры имеют следующую тенденцию: количество γ' фаз постепенно увеличивается, размер постепенно увеличивается, и размер γ' фазы становится кубом, а по размеру и форме в одном и том же сплаве появляются разные γ' фазы. В литейном сплаве в процессе затвердевания также образуется эвтектика γ+γ', а по границе зерен выпадает прерывистый зернистый карбид, окруженный тонкими пленками γ' фазы. Эти изменения микроструктуры улучшают свойства сплава.
Химический состав современных сплавов на основе никеля очень сложен, насыщенность сплава очень высока, поэтому необходимо строго контролировать содержание каждого элемента сплава (особенно основного упрочняющего элемента), иначе в процессе эксплуатации легко выпадут вредные фазы, такие как σ-, µ-фазы, нарушающие прочность и вязкость сплава. Из литейных суперсплавов на основе никеля были разработаны лопатки турбин с направленными кристаллами и лопатки турбин с монокристаллами.
Направленное кристаллическое лезвие устраняет поперечные границы зерен, чувствительные к образованию отверстий и трещин, и делает все границы зерен параллельными направлению оси напряжений, что улучшает эксплуатационные характеристики сплава. Монокристаллический клинок устраняет все границы зерен и не требует добавления зернограничных упрочняющих элементов, что позволяет относительно повысить начальную температуру плавления сплава, тем самым повышая высокотемпературную прочность сплава и дополнительно улучшая его комплексные свойства.
Технология производства
Сплавы на основе никеля, особенно упрочненные осаждением, содержат высоколегированные элементы, такие как алюминий и титан. Обычно его плавят в вакуумной индукционной печи и переплавляют в вакуумной расходной печи или электрошлаковой печи. Горячая обработка с использованием ковки, прокатки, для высоколегированных сплавов, из-за плохой термопластичности, используется экструзия после прокатки или с оболочкой из низкоуглеродистой стали (или нержавеющей стали) методом прямой экструзии. Литой сплав обычно плавится в вакуумной индукционной печи, а детали изготавливаются методом вакуумного переплава и точного литья.
Деформированный сплав и часть литого сплава должны быть подвергнуты термической обработке, включающей обработку раствором, промежуточную обработку и обработку старением. В качестве примера можно привести сплав Udmet 500, система термической обработки которого состоит из четырех этапов: обработка раствором, 1175℃, 2 часа, воздушное охлаждение; промежуточная обработка, 1080℃, 4 часа, воздушное охлаждение; однократная обработка старением, 843℃, 24 часа, воздушное охлаждение; вторичная обработка старением, 760℃, 16 часов, воздушное охлаждение. Для получения требуемого организационного состояния и хороших комплексных характеристик.
Мы производим высокоэффективные суперсплавы на основе никеля. Если у Вас есть такая потребность, пожалуйста, свяжитесь с нами
